專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)資源平臺的實現(xiàn)，特別涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)在能源化工、石油、航空航天、生物及醫(yī)藥等領(lǐng)域有著重要和廣泛的應(yīng)用。在許多工程設(shè)計和研究領(lǐng)域，如制冷系統(tǒng)、換熱器、石油天然氣輸送及化工機械等的設(shè)計都離不開流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)。在CFC系列制冷劑的替代研究中，為了篩選出性能良好、更為節(jié)能與環(huán)保的替代物，需要有大量的制冷劑性質(zhì)數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，特別是隨著越來越多新工質(zhì)的應(yīng)用，流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)的重要性日益凸現(xiàn)。
隨著科學(xué)研究的不斷深入和發(fā)展，產(chǎn)生了許多新的研究領(lǐng)域和學(xué)科，這其中有許多的研究需要相關(guān)的性質(zhì)數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，如納米流體、生物熱力學(xué)、生物傳熱學(xué)和納米尺度下的材料性質(zhì)等。在生物技術(shù)研究中，生物熱物性數(shù)據(jù)在生物熱物理的研究和應(yīng)用中非常關(guān)鍵，因為在各類生物組織的熱模型中，都包含有熱導(dǎo)率、熱擴散率、血液灌注率和代謝率等最為基本的物理參數(shù)，它們是揭示生物材料的熱傳輸能力和載熱能力以及進一步開展生物熱物理研究的前提?，F(xiàn)有的研究表明，在納米尺度下，材料的性質(zhì)與常規(guī)情況下有非常大的差別，將納米材料添加到流體中(納米流體)，流體的性質(zhì)會發(fā)生明顯的變化，目前已在許多場合開始嘗試應(yīng)用研究，因此納米尺度下流體的性質(zhì)和納米流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)是需要首先要解決的問題。另外，在新型能源方面，如超臨界水制氫涉及到許多的多體系混合物，需要每一個組分以及由各個組分組成的二元，三元或者多元混合物的性質(zhì)；在航空航天領(lǐng)域中，液體燃料的各種物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)就不可缺少的?？梢哉J為，流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)是許多領(lǐng)域進行創(chuàng)新性研究必不可少的基礎(chǔ)。
經(jīng)過研究人員長期的實驗研究，目前積累了大量流體的物理與化學(xué)性質(zhì)實驗數(shù)據(jù)包括流體的熱力學(xué)性質(zhì)、相平衡數(shù)據(jù)、臨界特性參數(shù)和輸運系數(shù)等，并在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)了大量的經(jīng)驗、半經(jīng)驗公式和圖表，以供實際工程使用。在過去，最常用的辦法就是通過圖表查詢或公式計算來獲取流體的物性參數(shù)既繁瑣又耗費時間，同時還要求具備一定的專業(yè)知識，對一般的工程技術(shù)人員提出了較高的要求。信息化技術(shù)的發(fā)展，為流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)、共享提供了一條新的途徑。
許多發(fā)達國家已經(jīng)或正在開發(fā)流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，目前最著名的流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由NIST(美國國家標準與技術(shù)研究院)研究開發(fā)的Industrial Fluids andChemical Engineering物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由多個子系統(tǒng)組成，并且在單機和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中都實現(xiàn)了基本功能。其中Thermophysical Properties of Fluid系統(tǒng)還初步實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)版的熱物性計算。德國的DETHERM熱物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，目前包含有21000種純質(zhì)和101000種混合物的信息(注06年1月數(shù)據(jù))，既可以在單機上進行查詢也可以通過Internet查詢。在美國化學(xué)工程師協(xié)會(the American Institute of Chemical Engineers)的DIPPR(the Design Institute for Physical Property Data)計劃支持下，許多的研究機構(gòu)和大學(xué)也正在建立基于Web的物性數(shù)據(jù)庫。然而，這些數(shù)據(jù)庫基本上局限于實驗或計算數(shù)據(jù)的查詢，缺少分子模擬、理論推算和計算的功能，而且使用費非常昂貴，以DETHERM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為例，其網(wǎng)絡(luò)查詢的數(shù)據(jù)以查詢的記錄數(shù)量進行收費，每條記錄費用為$14.23。另外，到目前為止，我國還沒有一個完整、功能強大的或者說是真正意義上的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，更沒有基于Web的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。因此，作為一種完全自主的資源平臺實現(xiàn)方法，本發(fā)明有具有自主的創(chuàng)新性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法，該方法將流體物理與化學(xué)性質(zhì)的數(shù)據(jù)和資源進行整合，運用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以B/S的方式實現(xiàn)共享。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明提出如下的技術(shù)解決方案一種基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括1)對流體物性數(shù)據(jù)的獲取方法進行分類，按照數(shù)據(jù)的來源和獲取方式不同，分為物性計算數(shù)據(jù)、分子模擬數(shù)據(jù)、物性估算數(shù)據(jù)、物性查詢數(shù)據(jù)，并經(jīng)過整理評價建立模塊，存入網(wǎng)格系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，使其成為數(shù)據(jù)資源平臺的一部分；2)將構(gòu)成上述各類數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)物性推算方式、流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)查詢方式、流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)計算方式和流體熱物性測試實驗系統(tǒng)制成一系列適于網(wǎng)絡(luò)的物性程序，分布于網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)程序接口的實現(xiàn)，通過Web頁面為用戶提供交互式的物性數(shù)據(jù)獲取方式；3)流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺以CGI的方式或Servlet+Socket+Applet方式實現(xiàn)計算數(shù)據(jù)和Web服務(wù)器之間的通訊，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以B/S的方式實現(xiàn)共享。
本發(fā)明實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)版的分子模擬。分子模擬，又稱“計算機實驗”，作為與實驗科學(xué)、理論科學(xué)并列的自然科學(xué)的第三分支。由于分子模擬對計算資源有較高的要求，需運行在集群系統(tǒng)或超級計算機等高性能計算系統(tǒng)上。將以高性能計算資源為依托的分子模擬網(wǎng)絡(luò)化，成為大眾化的模擬工具，方便獲取流體物性模擬數(shù)據(jù)。具有巨大的社會價值和商業(yè)價值。本發(fā)明通過Servlet+Socket+Applet接口為用戶提供分子模擬數(shù)據(jù)。用戶在表單內(nèi)提交要模擬的信息參數(shù)，可獲取動態(tài)的模擬結(jié)果。
本發(fā)明實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)版的物性估算。實驗數(shù)據(jù)的獲取特別是對精度較高的實驗數(shù)據(jù)通常需要較高代價且耗費時間。利用有實驗數(shù)據(jù)的類似物質(zhì)，按照其各基團對性質(zhì)的貢獻，對新物質(zhì)的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行推算和預(yù)測，從而獲取新物質(zhì)的物性是相當經(jīng)濟。特別是這種估算的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)則為廣大用戶提供一種簡單的數(shù)據(jù)獲取方式。本發(fā)明將估算方法開發(fā)成一系列適于網(wǎng)絡(luò)的估算程序，將程序分布于網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)，通過CGI接口同瀏覽器建立聯(lián)系。實現(xiàn)B/S查詢方式。
本發(fā)明針對流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，滿足廣大科技工作者和工程人員對流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)的要求。
本發(fā)明針對流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)版的物性計算，相對于實驗數(shù)據(jù)來說，可通過計算公式得到連續(xù)點的數(shù)據(jù)。計算公式通過大量的實驗數(shù)據(jù)篩選之后，擬合得到有較高精度的計算公式?？蓾M足科研人員的需要。
將流體熱物性測試實驗系統(tǒng)通過Internet與資源平臺內(nèi)的四個模塊連在一起，作為本數(shù)據(jù)資源平臺的一部分，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的動態(tài)發(fā)布，實驗參數(shù)的擬合及動態(tài)加載，滿足對數(shù)據(jù)實時性的要求。隨著流體熱物性測試實驗系統(tǒng)遠程測量的實現(xiàn)，此實現(xiàn)方式必然具有越來越重要的實際意義。


圖1項目總體構(gòu)成示意圖；圖2流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺結(jié)構(gòu)圖；圖3濕空氣CGI實現(xiàn)計算結(jié)果；圖4servlet+socket+applet接口結(jié)構(gòu)；圖5物性計算結(jié)構(gòu)圖；圖6常用化合物性質(zhì)計算提交頁面；圖7常用化合物性質(zhì)計算計算結(jié)果；圖8分子模擬動態(tài)顯示結(jié)構(gòu)圖；圖9分子模擬提交頁面-rcut；圖10分子模擬運行結(jié)果-rcut(1)；圖11分子模擬運行結(jié)果-rcut(2)；圖12物性估算結(jié)構(gòu)圖；圖13物性估算提交頁面-joback法；圖14物性估算結(jié)果-joback法；圖15物性查詢結(jié)構(gòu)圖；圖16流體物性查詢提交頁面—臨界參數(shù)性質(zhì)；圖17流體物性查詢結(jié)果—臨界參數(shù)性質(zhì)以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
根據(jù)數(shù)據(jù)來源和獲取方式的不同，本發(fā)明平臺分為四個模塊，分別是物性計算模塊、分子模擬模塊、物性估算模塊、物性查詢模塊?？傮w目標是在對流體熱物性數(shù)據(jù)進行研究、對物性資源加以整合的基礎(chǔ)上，利用Internet等網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)、并行計算技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等計算機技術(shù)，采用C、C++、Java等程序開發(fā)語言，將常用流體的物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)物性數(shù)據(jù)計算、分子動力學(xué)模擬、物性數(shù)據(jù)估算和物性數(shù)據(jù)查詢功能，為科學(xué)研究和工程應(yīng)用提供及時、全面、多角度的物性數(shù)據(jù)。
本發(fā)明平臺的總體結(jié)構(gòu)如圖1，四個模塊通過Internet為用戶共享。四個模塊的數(shù)據(jù)資源來源除了現(xiàn)有的大量資源外，還有接入Internet的流體熱物性測試實驗系統(tǒng)。圖2顯示了整個資源平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表示了流體熱物性測試實驗系統(tǒng)在整個資源平臺中的位置。
已經(jīng)實現(xiàn)的四個功能模塊體現(xiàn)了對四種物性數(shù)據(jù)來源的分類，即物性計算數(shù)據(jù)、分子模擬數(shù)據(jù)、物性估算數(shù)據(jù)和物性查詢數(shù)據(jù)。
物性查詢模塊，用于對現(xiàn)有流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)進行分類整理，存入分布于如ChinaGrid等網(wǎng)格節(jié)點中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里，通過Web頁面為用戶提供便捷的查詢方式，主要為用戶提供流體物理與化學(xué)性質(zhì)實驗數(shù)據(jù)；本模塊提供的數(shù)據(jù)是通過大量實驗而取得，數(shù)據(jù)可信度高。
物性計算模塊，利用現(xiàn)有各種流體物性的計算方程，開發(fā)一系列的物性計算程序，布置在網(wǎng)格中的計算服務(wù)器上，通過交互式的Web頁面為用戶提供計算數(shù)據(jù)。
本部分提供的數(shù)據(jù)精度可以達到較高的精度，可滿足對數(shù)據(jù)精度要求較高的科研人員的需要，當然也適合一般工程技術(shù)人員。本模塊包括運行在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的計算服務(wù)器、Web服務(wù)器和瀏覽器，它們之間通過Internet進行連接，根據(jù)數(shù)據(jù)對顯示方式要求的不同，研究開發(fā)了兩種不同的方式來實現(xiàn)計算數(shù)據(jù)和Web服務(wù)器之間的通訊；一種是CGI的方式，另外一種是Servlet+Socket+Applet方式。
物性估算模塊，利用有實驗數(shù)據(jù)的類似物質(zhì)，按照其各基團對性質(zhì)的貢獻，對新物質(zhì)的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行推算和預(yù)測。將估算方法開發(fā)成適合網(wǎng)絡(luò)的程序，布置在網(wǎng)格中的計算服務(wù)器上，通過交互式的Web頁面為用戶提供估算數(shù)據(jù)。這主要為無實驗數(shù)據(jù)的流體，提供各種物理與化學(xué)性質(zhì)的估算值。
分子模擬模塊，它包括運行在網(wǎng)絡(luò)中的機群上的分子動力學(xué)模擬并行算法程序、Socket服務(wù)程序、Web服務(wù)器和Web瀏覽器，它們之間通過Internet連接；用于對流體的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行模擬，主要為無實驗數(shù)據(jù)的流體提供各種物理與化學(xué)性質(zhì)的模擬值。特別地，模擬現(xiàn)實環(huán)境所不能達到或需要很大代價才能達到的條件(如高溫高壓，地球外空間環(huán)境等)，提供珍貴的參考數(shù)據(jù)。
針對分子模擬，又稱“計算機實驗”，作為與實驗科學(xué)、理論科學(xué)并列的自然科學(xué)的第三分支。由于分子模擬對計算資源有較高的要求，需運行在集群系統(tǒng)或超級計算機等高性能計算系統(tǒng)上。將以高性能計算資源為依托的分子模擬網(wǎng)絡(luò)化，成為大眾化的模擬工具，方便獲取流體物性模擬數(shù)據(jù)。具有巨大的社會價值和商業(yè)價值。本發(fā)明通過Servlet+Socket+Applet接口為用戶提供分子模擬數(shù)據(jù)。用戶在表單內(nèi)提交要模擬的信息參數(shù)，可獲取動態(tài)的模擬結(jié)果。
針對物性估算，實驗數(shù)據(jù)的獲取特別是對精度較高的實驗數(shù)據(jù)通常需要較高代價且耗費時間。利用有實驗數(shù)據(jù)的類似物質(zhì)，按照其各基團對性質(zhì)的貢獻，對新物質(zhì)的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行推算和預(yù)測，從而獲取新物質(zhì)的物性是相當經(jīng)濟。特別是這種估算的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)則為廣大用戶提供一種簡單的數(shù)據(jù)獲取方式。本發(fā)明將估算方法開發(fā)成一系列適于網(wǎng)絡(luò)的估算程序，將程序分布于網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)，通過CGI接口同瀏覽器建立聯(lián)系。實現(xiàn)B/S查詢方式。
針對物性查詢和物性計算。物性查詢數(shù)據(jù)直接來自實驗，因而具有較高可靠性。經(jīng)過長期的研究積累，實驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量已相當巨大；隨著實驗測量方法和測量手段的更新、測量自動化程度增加，測量周期在減小，數(shù)據(jù)將以更快的速度在不停地增長，同時數(shù)據(jù)精度也在逐步提高。對這些數(shù)據(jù)進行集中分類整理，分布于如ChinaGrid等網(wǎng)格節(jié)點中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里，采用多層C/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)查詢。這樣能大大縮短用戶獲取數(shù)據(jù)的時間，提高所獲取的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。目前已有的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本都以數(shù)據(jù)查詢作為主要部分。
在本數(shù)據(jù)資源平臺的框架下，各個部分的數(shù)據(jù)還會不斷得到補充完善。
四個模塊的物性數(shù)據(jù)具有各自不同的特點，模塊間程序差別較大。從網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上來看，要求簡單方便。用戶提交所需的參數(shù)信息之后，即可獲取所需要的物性數(shù)據(jù)。因此，程序接口的設(shè)計需考慮到各個程序間的差異性。保證接口良好的通用性、可擴展性?；谏鲜鲆?，本發(fā)明實現(xiàn)了兩種接口，一種是CGI方式；另一種是Servlet+Socket+Applet方式。
CGI即Common Gateway Interface(通用網(wǎng)關(guān)接口)，它是Web服務(wù)器調(diào)用外部程序的接口。通過這個公共網(wǎng)關(guān)界面，服務(wù)器可以向CGI程序發(fā)送信息，CGI程序也可以向服務(wù)器回送信息?？梢允褂肅 Shell、Perl、C、C++、FORTRAN和數(shù)據(jù)庫語言等任何能夠形成可執(zhí)行程序的語言編寫CGI程序。
C/C++語言具有運行速度快的特點，特別適合做數(shù)值計算。
同C++語言編寫CGI程序與普通可執(zhí)行程序的區(qū)別主要在于與Web服務(wù)器間交換數(shù)據(jù)的標準輸入和標準輸出的編程；與Web服務(wù)器間交換數(shù)據(jù)的標準輸入和標準輸出的實現(xiàn)也形成了與瀏覽器之間的通訊，為物性數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)提供了一種實現(xiàn)方式。具體輸入方式實現(xiàn)分為GET和POST兩種，GET方式可傳輸?shù)膮?shù)小于2K字節(jié)。Post可以傳輸較大的數(shù)據(jù)量。本發(fā)明實現(xiàn)的CGI接口同時考慮了GET和POST兩種輸入方式。
<pre listing-type="program-listing">　　char*info＝getenv(″QUERY_STRING″)；//GET輸入　　if(！info)//如果不是GET方式，則POST方式輸入　　{　　 char tmpChar[300]；　　 cin＞＞tmpChar；//POST方式輸入　　 info＝tmpChar；　　}　　CGI輸出方式的實現(xiàn)以HTML的格式輸出到客戶端，如　　……　　cout＜＜”＜html＞”＜＜endl；　　　　 cout＜＜”＜head＞”＜＜endl；　　cout＜＜”＜title＞流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺-CGI輸出舉例　　＜/title＞”＜＜endl；　　cout＜＜”＜/head＞”＜＜endl；　　cout＜＜”＜body＞”＜＜endl；　　cout＜＜”水的標準沸點為”＜＜Tb＜＜endl；//Tb為計算過程返回的數(shù)據(jù)?！　　? cout＜＜”＜/body＞”＜＜endl；　　cout＜＜”＜/html＞”＜＜endl；　　……</pre>利用C/C++開發(fā)的CGI程序不會影響到物性計算本身，同時將程序得到的物性數(shù)據(jù)，以HTML的格式輸出，在用戶瀏覽器下顯示。圖3為物性計算模塊內(nèi)CGI實現(xiàn)的濕空氣物性計算結(jié)果。
CGI程序帶來的輸入輸出并不影響程序本身，同時能實現(xiàn)與Web服務(wù)器的通訊。因而有較好的通用性，本發(fā)明實現(xiàn)的四個模塊中，物性計算、物性估算均有用到此接口。
已實現(xiàn)的另外一種接口Servlet+Socket+Applet方式，是基于JAVA技術(shù)，主要涉及到其中的Servlet機制、Socket通訊、圖形顯示等。接口結(jié)構(gòu)見圖4，Web服務(wù)器將客戶端、網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)物性數(shù)據(jù)計算服務(wù)器通過Internet連起來。Applet運行在瀏覽器下，參數(shù)的傳遞、數(shù)據(jù)的接收和顯示。Applet對數(shù)據(jù)的處理能力較強，可以實現(xiàn)圖形圖像的顯示、動態(tài)過程、三維動畫等，滿足多種數(shù)據(jù)、多種形式的顯示要求。
Socket是一種通訊的通道，通過它可以將數(shù)據(jù)通過特定的端中發(fā)送及接收，分兩種實現(xiàn)方式，無連接的UDP和面向連接的TCP。本接口所采用的是面向連接的TCP方式，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。本接口分Socket服務(wù)程序和Socket客戶端程序。Socket服務(wù)程序運行于節(jié)點內(nèi)的數(shù)據(jù)服務(wù)器端，負責監(jiān)聽來自客戶端Socket發(fā)出的計算請求，同時根據(jù)請求調(diào)用相應(yīng)的物性程序，將計算結(jié)果發(fā)送到客戶端Socket。
監(jiān)聽部分實現(xiàn)算法while(true){socket＝serverSocket.accept()；//serverSocket為服務(wù)Socket輸出信息“接受一個socket連接”//將socket帶入并啟動計算線程。
Thread work＝new Thread(socket)；work.start()；}調(diào)用計算程序部分實現(xiàn)算法對所調(diào)用的程序只有一個要求，即只需是可執(zhí)行程序，這樣使得接口的適用面更廣。這樣一些用舊程序語言實現(xiàn)的有價值的程序就不會因為其程序在不斷更新的計算機技術(shù)下失去其價值。其算法具體實現(xiàn)為……command＝getCommand()；//獲得命令參數(shù)Process p＝runtime.exec(command)；//執(zhí)行調(diào)用命令，返回對調(diào)用過程的控制p.getInputStream()；//獲得計算輸出……將計算輸出發(fā)送到客戶端Socket……出于Java的安全性設(shè)置，Applet不能同運行于本機以外的計算機上的Socket進行通訊。本接口設(shè)計一個運行運行在Web服務(wù)器端的Servlet，承載著一個客戶端Socket，作為中間橋梁，將數(shù)據(jù)服務(wù)器上的Socket和Web服務(wù)器上的Socket連起來；負責把客戶端的轉(zhuǎn)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器端，把服務(wù)器端信息轉(zhuǎn)送到客戶端。
與CGI相比，Servlet+Socket+Applet方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但通用型更好，對數(shù)據(jù)顯示的處理能力更強。在本發(fā)明中的物性計算、分子模擬模塊中都有應(yīng)用。
下面對本平臺下四個模塊的具體功能實現(xiàn)方式分別予以闡述。
1.物性計算模塊本模塊為一些常用工質(zhì)(包含常用制冷劑、水、空氣、簡單氣體、濕空氣、燃氣等)的物理與化學(xué)性質(zhì)(如PVT性質(zhì)、焓、熵、熱容、臨界參數(shù)、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)等)計算方程編寫了相應(yīng)的計算程序，物性計算程序作為科學(xué)計算的具體應(yīng)用，其特點是多迭代，用到大量的數(shù)學(xué)庫函數(shù)；同時，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算的特點，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)接口的通信。將計算程序布置在分布于如ChinaGrid等網(wǎng)格節(jié)點中的計算服務(wù)器上，通過Web服務(wù)器，為用戶提供物性計算服務(wù)。用戶可以在瀏覽器下給出所需計算的物質(zhì)和相應(yīng)的計算參數(shù)，提交給計算服務(wù)器，計算服務(wù)器根據(jù)用戶的輸入?yún)?shù)進行計算，將計算結(jié)果以Web頁面的形式返回給用戶，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的物性計算功能。
本模塊運行在UNIX系統(tǒng)環(huán)境下，計算程序使用C/C++的標準函數(shù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點和顯示需要分別以CGI接口和Servlet+Socket+Applet接口實現(xiàn)，具有較好的通用性，可以方便地移植到其他操作系統(tǒng)下。包括運行在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的計算服務(wù)器、Web服務(wù)器和Web瀏覽器，Web服務(wù)器通過Internet將Web瀏覽器和計算服務(wù)器連接起來。圖5表示了物性計算的實現(xiàn)過程用戶在瀏覽器下將計算請求和參數(shù)信息發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接受請求，選擇較空閑節(jié)點，向運行在網(wǎng)格節(jié)點上的計算服務(wù)器發(fā)送計算請求，計算服務(wù)程序完成計算，向Web服務(wù)器返回計算數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器對來自計算服務(wù)器的計算數(shù)據(jù)進行處理，在瀏覽器上顯示。
圖6、圖7以物性計算模塊內(nèi)的常用化合物性質(zhì)顯示了物性計算的查詢頁面和結(jié)果顯示頁面。
2.分子模擬模塊本模塊主要為無實驗數(shù)據(jù)的流體提供各種物理與化學(xué)性質(zhì)的模擬數(shù)據(jù)。在提供原子組成、分子結(jié)構(gòu)、分子量和化學(xué)鍵等物質(zhì)基本信息基礎(chǔ)上，采用分子動力學(xué)和Monte Carlo模擬方法，結(jié)合量子力學(xué)的ab inito算法，在如機群系統(tǒng)和超級計算機等高性能計算環(huán)境下實現(xiàn)。
本平臺已實現(xiàn)了具備初步功能的基于網(wǎng)絡(luò)的五種分子動力學(xué)并行算法，分別為Pairware法分子動態(tài)模擬、CGC法分子動態(tài)模擬、R-CUT法分子動態(tài)模擬、Verlet法分子動態(tài)模擬、Linkcell法。并行算法目前運行在IBM RS6000工作站集群下。算法程序用C/C++語言開發(fā)。
本模塊包括運行在機群工作站環(huán)境下的分子動力學(xué)模擬算法程序、Web服務(wù)器和Web瀏覽器，Web服務(wù)器通過Internet將Web瀏覽器和機群工作站連接起來。采用Servlet+Socket+Applet接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。圖8表示了基于網(wǎng)絡(luò)的分子模擬的實現(xiàn)過程用戶在瀏覽器下將原子組成、分子結(jié)構(gòu)、分子量和化學(xué)鍵等物質(zhì)基本信息發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接受請求，處理參數(shù)，發(fā)出調(diào)用分子模擬請求。在機群工作站上的Socket服務(wù)程序監(jiān)聽到來自Web服務(wù)器的請求，處理請求并開始分子模擬的進程，模擬過程中根據(jù)用戶提交的顯示時間間隔動態(tài)返回模擬數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)通過Web服務(wù)器進行處理，在瀏覽器端的Applet中以數(shù)字、圖形的形式顯示給用戶。
圖9、圖10、圖11以rcut的分子模擬動態(tài)顯示為例顯示了分子模擬的參數(shù)提交和模擬結(jié)果顯示。
3.物性估算模塊本模塊是在已知某些物質(zhì)性質(zhì)數(shù)據(jù)的情況下，利用有實驗數(shù)據(jù)的類似物質(zhì)，按照其各基團對性質(zhì)的貢獻，對新物質(zhì)的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行推算和預(yù)測。估算方法的程序使用C/C++開發(fā)，以CGI接口方式實現(xiàn)。用戶根據(jù)要查詢的物質(zhì)的性質(zhì)，輸入相應(yīng)的基團信息。包括運行在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的計算服務(wù)器、Web服務(wù)器和Web瀏覽器，Web服務(wù)器通過Internet將Web瀏覽器和計算服務(wù)器連接起來。圖12表示了物性估算的實現(xiàn)過程用戶在瀏覽器下將要模擬的基團信息發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接受請求，選擇較空閑節(jié)點，向運行在網(wǎng)格節(jié)點上的服務(wù)器發(fā)送估算請求，計算服務(wù)程序完成計算，向Web服務(wù)器返回計算數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器對來自計算服務(wù)器的計算數(shù)據(jù)進行處理，在瀏覽器上顯示。
圖13、圖14以joback物性估算為例顯示了物性估算的查詢頁面和結(jié)果顯示頁面。
4.物性查詢模塊本模塊是將長期實驗積累得到的大量原始數(shù)據(jù)進行收集評價，加以分類之后，以數(shù)據(jù)庫的形式集中存儲和管理。包括Web瀏覽器，Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。采用JDBC接口對數(shù)據(jù)進行查詢。圖15表示了物性查詢的實現(xiàn)過程查詢以Web頁面所提交的查詢信息為起點，通過網(wǎng)絡(luò)向Web服務(wù)器發(fā)送查詢請求；Web服務(wù)器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中空閑程度將查詢?nèi)蝿?wù)分配給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將運行的結(jié)果通過Web服務(wù)器返回給用戶，在Web瀏覽器中顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括1)對流體物性數(shù)據(jù)的獲取方法進行分類，按照數(shù)據(jù)的來源和獲取方式不同，分為物性計算數(shù)據(jù)、分子模擬數(shù)據(jù)、物性估算數(shù)據(jù)、物性查詢數(shù)據(jù)，并經(jīng)過整理評價建立模塊，存入網(wǎng)格系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，使其成為數(shù)據(jù)資源平臺的一部分；2)將構(gòu)成上述各類數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)物性推算方式、流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)查詢方式、流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)計算方式和流體熱物性測試實驗系統(tǒng)制成一系列適于網(wǎng)絡(luò)的物性程序，分布于網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)程序接口的實現(xiàn)，通過Web頁面為用戶提供交互式的物性數(shù)據(jù)獲取方式；3)流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺以CGI的方式或Servlet+Socket+Applet方式實現(xiàn)計算數(shù)據(jù)和Web服務(wù)器之間的通訊，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以B/S的方式實現(xiàn)共享。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的物性查詢數(shù)據(jù)、物性計算數(shù)據(jù)、物性估算數(shù)據(jù)、分子模擬數(shù)據(jù)分別為物性查詢數(shù)據(jù)，是將實驗得到的大量原始數(shù)據(jù)進行收集評價后得到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可信度高；物性計算數(shù)據(jù)，是在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過篩選并擬合得到計算公式，運用公式計算得到連續(xù)的且精度較高的物性數(shù)據(jù)；物性估算數(shù)據(jù)，是利用有實驗數(shù)據(jù)的物質(zhì)，按照其各基團對性質(zhì)的貢獻，對新物質(zhì)的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行推算和預(yù)測，主要為無實驗數(shù)據(jù)的流體提供各種物理與化學(xué)性質(zhì)的估算值；分子模擬數(shù)據(jù)，是在用戶提供原子組成、分子結(jié)構(gòu)、分子量和化學(xué)鍵等信息基礎(chǔ)上，采用分子動力學(xué)和Monte Carlo模擬方法，結(jié)合量子力學(xué)的ab inito算法，利用集群系統(tǒng)或超級計算機，對流體的各種物理與化學(xué)性質(zhì)進行模擬，主要為無實驗數(shù)據(jù)的流體提供各種物理與化學(xué)性質(zhì)的估算值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的流體熱物性測試實驗系統(tǒng)通過Internet與物性查詢數(shù)據(jù)模塊、物性計算數(shù)據(jù)模塊、物性估算數(shù)據(jù)模塊、分子模擬數(shù)據(jù)模塊建立聯(lián)系，作為數(shù)據(jù)資源平臺的一部分，作為四種物性數(shù)據(jù)的重要來源之一，及時提供新物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)或者當前所急需的物性數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分子模擬模塊將運行在集群環(huán)境下的分子動力學(xué)并行算法程序以B/S的方式提供給用戶，利用Java語言提供的網(wǎng)絡(luò)操作和圖形操作實現(xiàn)對分子模擬結(jié)果的圖形動態(tài)顯示，在保證機群和Web服務(wù)器各自的獨立性條件下完成機群和Web服務(wù)器之間的通訊，用戶將原子組成、分子結(jié)構(gòu)、分子量和化學(xué)鍵諸多信息提交，即可獲得模擬數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的物性估算模塊為用戶提供B/S方式的估算查詢服務(wù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的物性計算模塊針對流體物理與化學(xué)性質(zhì)的實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理評價，存入如ChinaGrid等網(wǎng)格系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，通過Web頁面給用戶進行交互查詢；物性查詢模塊針對流體物理與化學(xué)性質(zhì)的各種方程，開放一系列計算程序，存入如ChinaGrid等網(wǎng)格系統(tǒng)中的計算服務(wù)器上，通過Web頁面給用戶進行交互計算，獲取計算數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺的實現(xiàn)方法，按照數(shù)據(jù)的來源和獲取方式不同，將流體物性數(shù)據(jù)的獲取方法分為物性計算數(shù)據(jù)、分子模擬數(shù)據(jù)、物性估算數(shù)據(jù)、物性查詢數(shù)據(jù)四類；運用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將四種流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)軟件化；在此基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以B/S的方式實現(xiàn)共享。充分利用China Grid等網(wǎng)絡(luò)計算資源，結(jié)合流體熱物性測試實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的流體物理與化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)資源平臺，為廣大科技工作者和工程人員提供網(wǎng)絡(luò)化的物性數(shù)據(jù)獲取手段。
文檔編號G06F19/00GK1801166SQ20061004161
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日
發(fā)明者吳江濤, 楊愛賢, 董渭清, 黃利, 劉志剛 申請人:西安交通大學(xué)